• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Młody badacz udoskonala nowoczesną metodę diagnostyki nowotworów piersi

    16.07.2010. 04:18
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Nowoczesną metodę diagnostyki nowotworów piersi przy pomocy metod termicznych opracowuje - w ramach pracy doktorskiej - Mateusz Moderhak z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej. Przy użyciu tej metody zmiany mogą zostać zarejestrowane kilka lat wcześniej niż jest to możliwe przy pomocy standardowych badań.

    Jak wyjaśnia PAP Mateusz Moderhak, rozwijający się nowotwór rozbudowuje w zajętym przez siebie obszarze sieć naczyń krwionośnych, zwiększony zostaje również metabolizm w stosunku do tkanek otoczenia. Jest to przyczyną zmienionego rozkładu temperatury na powierzchni piersi. Rozkład ten można zarejestrować przy pomocy tak zwanej kamery termograficznej, która "widzi" temperaturę.

    "Dotychczas wykonywano jedno zdjęcie, które szczegółowo analizowano. Na wynik miały wpływ warunki otoczenia. Ja wykonuję badanie dynamiczne piersi, która jest pobudzana strumieniem zimnego powietrza" - mówi naukowiec.

    Tłumaczy, że podczas naturalnego ocieplania się tkanki po schłodzeniu nagrywany jest film, czyli sekwencja termogramów. Poddaje się go analizie komputerowej, a wynikiem jest seria obrazów parametrycznych - podobnie jak w badaniach rezonansu magnetycznego. Dzięki pobudzeniu tkanki można otrzymać obraz zależący od jej wewnętrznej struktury.

    Badań termograficznych piersi próbowano od dawna. Jednak, jak ocenia naukowiec, w ostatnich latach zmieniło się bardzo dużo. Poszerzył się zakres wiedzy o procesach termicznych zachodzących w tkankach, w tym nowotworach (chociaż, w opinii Moderhaka, najbardziej rzetelna wiedza pochodzi z lat 80. XX wieku). Zmienia się sprzęt. Coraz szybsze komputery pozwalają na poprawę algorytmów analizy obrazów. Kamery termograficzne mają rozdzielczość rzędu kilkudziesięciu mK i coraz wyższe rozdzielczości obrazu, co otwiera nowe możliwości i eliminuje błędy pomiarowe.

    Jak przypomina badacz, do tej pory w diagnostyce termicznej nowotworów piersi rejestrowano pojedynczy obraz. Na jego podstawie analizowano rozkład temperatury na powierzchni piersi i starano się postawić diagnozę. W trakcie takiego badania stosowano również pobudzenie termiczne w postaci strumienia powietrza z wentylatora lub zimnego okładu. Celem było zwiększenie kontrastu między obszarami mniej i bardziej aktywnymi termicznie. Cały czas jednak sprowadzało się to do analizy pojedynczych obrazów lub bardzo krótkich sekwencji, a ruchy pacjentki uniemożliwiały analizę komputerową.

    "Podejście prezentowane w mojej rozprawie doktorskiej jest podejściem częściowo nowym. Badana pierś jest ochładzana do założonej temperatury, po czym rejestrowany jest proces naturalnego powrotu temperatury. Po stabilizacji obrazów sekwencji uruchamiana jest procedura optymalizacji dopasowująca model powrotu temperatury do otrzymanej sekwencji powrotu" - opisuje Moderhak.

    Wynikiem jest zestaw parametrów dla każdego punktu obrazu termicznego. Jest to możliwe dzięki cyfrowej stabilizacji - zupełnie nowej procedurze. Parametry są zależne od właściwości termicznych tkanek znajdujących się pod skórą, w tym również naczyń krwionośnych tkanek nowotworowych.

    Na obecnym etapie badań naukowcy będą weryfikować i dochodzić do tego, co widać na poszczególnych obrazach parametrycznych.

    Doktorant PG zaznacza, że nie ma wykształcenia medycznego i swoją wiedzę czerpie z publikacji i książek. Z jego analiz wynika, że zależnie od typu nowotworu efekt zastosowania nowej metody może być większy lub mniejszy.

    "Powstający nowotwór zapewnia sobie substancje odżywcze poprzez rozbudowę naczyń krwionośnych. Charakteryzuje się również dużo większym poziomem metabolizmu w stosunku do otaczających tkanek. W modelowaniu matematycznym przyjmuje się, że ciepło będące efektem zwiększonego metabolizmu jest kilkadziesiąt razy większe od otaczających tkanek - powoduje to wzrost temperatury na powierzchni nawet do 2 stopni Celsjusza, zależnie od budowy, głębokości i średnicy guza" - tłumaczy Moderhak.

    Dodaje, że celem badania jest wykrycie zmian na powierzchni, spowodowanych tymi czynnikami. Przyznaje, że metoda staje się mniej efektywna w przypadku głęboko położonych guzów. Teoretycznie, stosując odpowiednio długi czas ochładzania, można starać się wykryć głębokie zmiany. Praktycznie jest to trudne w realizacji z kilku powodów.

    "Siła pobudzenia (chłodzenia) ma tu dużo mniejsze znaczenie. Dodatkowo tkanka żywa jest obiektem nieliniowym i aktywnym termicznie w różnym stopniu, zależnie od badanej osoby, co sprawia dodatkowe problemy" - mówi naukowiec.

    Jak wyjaśnia, im dłuższy czas, tym głębiej zimno dociera i pozwala wykryć coraz głębsze defekty. Aby zobrazować ten proces, podaje przykład odwrotny: potrawy smażonej na dużym ogniu, która - zanim ciepło wniknie do wewnątrz i ogrzeje mięso - przypali się. Natomiast jeśli zmniejszymy moc palnika i wydłużymy czas przygotowania, zapewnimy potrawie lepszą jakość. Prawdopodobnie obrazy parametryczne substancji po takim pobudzeniu byłyby również lepszej jakości.

    Szeroka wiedza na ten temat jest zawarta w opisach Non Destructive Testing - nieniszczącego badania materiałów przemysłowych (kompozyty, laminaty, korozja, przemysł lotniczy i kosmiczny, wojsko) przy pomocy aktywnej termografii dynamicznej. Stosowane są tam różne techniki pobudzenia w zależności od materiału i szukanych defektów - od lamp halogenowych i powietrza przez ultradźwięki po prądy wirowe.

    ***

    Mateusz Moderhak właśnie rozpoczął staż na Uniwersytecie Laval w Kanadzie. Pod kierunkiem prof. dra hab. inż. Antoniego Nowakowskiego pisze pracę pt. "Analiza algorytmów diagnostyki termicznej dla mammografii". Rozprawę chciałby obronić w ciągu dwóch lat.

    Zakres jego badań to: obrazowanie 3D, modelowanie matematyczne i symulacje komputerowe, fizjologia człowieka, procesy termoregulacji, powstawanie nowotworów, akwizycja oraz przetwarzanie danych pomiarowych pod kątem analizy procesów przejściowych, aktywna termografia dynamiczna i tomografia termiczna.

    Naukowca zaskoczyło duże zainteresowanie jego pracą ze strony przedsiębiorców. "Myślę, że gdy efekt końcowy będzie wiarygodny, można będzie podjąć poważne kroki w stronę współpracy z gospodarką. Badania kosmiczne, wojsko i medycyna mają największy budżet i priorytety we wszystkich cywilizowanych krajach" - stwierdza rozmówca PAP.

    Moderhak jest jednym z laureatów pierwszej edycji projektu "InnoDoktorant - stypendia dla doktorantów", w ramach którego zarząd województwa pomorskiego przyznał 50 stypendiów w wysokości 30 tys. zł ze środków Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki na lata 2007-2013.

    "Stypendium pozwoliło podreperować finanse, które przy kontynuacji studiów na najwyższym stopniu nie są duże. Potrzeby z czasem rosną; trzeba się utrzymać, a jednocześnie doskonalić swoje umiejętności i poszerzać wiedzę. Cieszę się, że zostałem laureatem InnoDoktoranta. Potraktowałem to jako docenienie mojej pracy. Dało mi to dodatkową motywację do działania" - mówi PAP stypendysta. KOL

    PAP - Nauka w Polsce

    agt/ kap/


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Badanie słuchu – jest to ocena reakcji organizmu powstałej w wyniku stymulacji dźwiękowej. Badania słuchu dzielą się na badania subiektywne i badania obiektywne. Subiektywne badania słuchu, w przeciwieństwie do badań obiektywnych, wymagają aktywnej współpracy osoby badanej (od osoby badanej wymaga się świadomej informacji zwrotnej np. czy dźwięk jest słyszalny). Badania słuchu można podzielić również na badania progowe oraz nadprogowe. Celem badań progowych jest określenie najcichszego możliwego do usłyszenia dźwięku, w badaniach nadprogowych oceniana jest percepcja dźwięku powyżej progu słyszenia. Prasowanie piersi (ang. "breast ironing"; franc. "repassage des seins") - praktyki stosowane przez matki w Kamerunie, zmierzające do zatrzymania lub opóźnienia rozwoju piersi u dorastających dziewcząt, a co za tym idzie opóźnienia rozpoczęcia przez nie współżycia seksualnego lub uniknięcia molestowania seksualnego. Najczęściej stosuje się ubijanie lub uciskanie piersi za pomocą gorących przedmiotów, np. moździerzy kuchennych, kamieni, bananów itp., czasem też masaż przy użyciu ziół. Ocenia się, że około jednej czwartej kobiet w Kamerunie zostaje poddanych tym zabiegom. Nie prowadzono dokładnych badań medycznych, lecz lekarze ostrzegają, praktyki takie są nie tylko bardzo bolesne, ale grożą powikłaniami, deformacjami piersi, uszkodzeniem tkanek, zaburzeniem laktacji itd. Metoda analizy i krytyki piśmiennictwa albo analiza krytyczna jako metoda badań naukowych jest stosowana do prac naukowych i badań innych naukowców. Jest metodą stosowaną powszechnie w nauce. Powstają dzięki niej publikacje oparte nie na badaniach własnych, lecz na pracach i badaniach cudzych.

    Biopsja piersi (właśc. biopsja gruczołu sutkowego) – procedura diagnostyczna polegająca na aspiracji płynu z komórkami lub wycięciu fragmentu tkanki piersi pacjentki. Pobrany materiał bada się mikroskopowo pod kątem występowania zmian świadczących o patologii (w szczeg. rozroście nowotworowym). Dostępne są trzy techniki zabiegowe: aspiracyjna biopsja cienkoigłowa (FNAB), biopsja gruboigłowa (CNB; czasem z wykorzystaniem aparatury VAB, tzw. biopsja mammotomiczna a. biopsja MMT) oraz otwarta biopsja chirurgiczna (OSB). Przeprowadzenie zabiegu znacząco ułatwiają obrazowe metody lokalizacji zmian: ultrasonografia, stereotaksja lub rezonans magnetyczny. Ryzyko powikłań jest niskie, a pełen powrót do zdrowia po zabiegu następuje w okresie 1–2 dni. Zanieczyszczenie termiczne, zanieczyszczenie cieplne – zmiana temperatury środowiska zaburzająca naturalne procesy ekosystemu, wykraczająca poza naturalny zakres zmienności jego temperatury. Pojęcia zanieczyszczenia cieplnego zwykle używa się w odniesieniu do podwyższenia temperatury wody. W szerszych ujęciach dotyczy również obniżenia temperatury wody oraz podniesienia temperatury powietrza.

    Teleradioterapia – jedna z technik leczenia w radioterapii za pomocą promieniowania jonizującego, w metodzie tej źródło promieniowania umieszczone jest w pewnej odległości od tkanek. Polega na napromienianiu wiązkami zewnętrznymi określonej objętości tkanek, obejmującej guz nowotworowy z adekwatnym marginesem tkanek oraz, w razie potrzeby, regionalne węzły chłonne. Objętość napromieniania powinna być określona jak najbardziej precyzyjnie, tak aby możliwe było podanie jednorazowej dużej dawki przy maksymalnej ochronie tkanek prawidłowych, zwłaszcza tzw. narządów krytycznych. Służy temu proces planowania leczenia przy użyciu TK lub MRI. Stosowana jest w onkologii do leczenia chorób nowotworowych oraz łagodzenia bólu związanego z rozsianym procesem nowotworowym, np. w przerzutach nowotworowych do kości. Implanty piersi – protezy stosowane w celu powiększenia rozmiarów kobiecych piersi z powodów kosmetycznych (tzw. augmentacja piersi, powiększenie piersi albo mammoplastyka z powiększeniem piersi) w celu odtworzenia brakującej usuniętej piersi (np. po mastektomii albo w wadach wrodzonych), a także w ramach zmiany płci. Według Amerykańskiego Towarzystwa Chirurgów Plastycznych, augmentacja piersi jest najczęściej wykonywanym kosmetycznym zabiegiem chirurgicznym w USA. W 2006 roku w tym kraju przeprowadzono 329000 takich zabiegów.

    Barwa nalotowa stali – zjawisko w postaci barwnego nalotu powstające na czystej powierzchni stalowej, gdy jest ona wygrzewana w niskich temperaturach rzędu 220-330 °C z dostępem świeżego powietrza. Warstwa ta zawiera tlenki żelaza, a jej kolor uzależniony jest głównie od temperatury, w jakiej pozostawał dany przedmiot stalowy. Na zabarwienie tej powłoki mają jednak wpływ także inne parametry – przede wszystkim czas wygrzewania, a także skład chemiczny stali a nawet grubość przedmiotu i jego przewodnictwo cieplne (z uwzględnieniem odpływu ciepła do części nienagrzewanej). Stąd ocenianie temperatury, w jakiej dany przedmiot stalowy lub tylko jego część były wygrzewane, jest tylko orientacyjne. Amplituda temperatury – wielkość charakteryzująca zmiany temperatury np. powietrza. Jest to różnica między największą a najmniejszą zmierzoną wartością temperatury w danym okresie.

    Metoda MTM-1 jest metodą podstawową analizy ruchów elementarnych, która powstała jako pierwsza z metod MTM. Celem zastosowania tej metody jest modelowanie każdego manualnego przebiegu pracy za pomocą koniecznych ruchów podstawowych. Każdemu ruchowi podstawowemu przyporządkowana jest, w zależności od wielkości wpływających, wartość czasu normatywnego. MTM-1 jest systemem stosowanym w produkcji masowej i wielkoseryjnej, w pracach typowo rutynowych, gdzie o oszczędności czasowej decydują już ułamki sekund. Metoda MTM-1 należy do systemu bloków procesowych MTM. Wykorzystanie tej metody analizy ruchów elementarnych wspiera zastosowanie zasady ekonomiki ruchów elementarnych.

    Choroba jako metafora jest opartą na faktach pracą Susan Sontag opublikowaną w 1978 roku. Została napisana w czasie walki autorki z rakiem piersi i kwestionuje mentalność „ofiara sama jest sobie winna”, która stoi za językiem powszechnie używanym przy opisywaniu chorób oraz cierpiących na nie osób.

    Metoda monograficzna - należy do metod obserwacji częściowej. Polega na wszechstronnym opisie i szczegółowej analizie pojedynczej jednostki lub niewielkiej liczby charakterystycznych jednostek badanej zbiorowości statystycznej. W związku z tym, że badaniu poddaje się pojedynczą jednostkę obejmuje ono na ogół bardzo szeroki zakres zagadnień, co sprzyja wnikliwej analizie. Przy tego typu badaniu oprócz charakterystyki liczbowej uwzględnia się informacje w formie jakościowo-ilościowej. W metodzie monograficznej, badana jednostka dobierana jest w sposób świadomy. Wybiera się jednostkę typową, taką, która występuje powszechnie. Czasem bada się jednostki skrajne lub też przodujące. Z uwagi na to, że na podstawie badania jednostki ocenia się całą zbiorowość, ważne jest by dokonać poprawnego doboru. Metoda Monte Carlo (MC) jest stosowana do modelowania matematycznego procesów zbyt złożonych (obliczania całek, łańcuchów procesów statystycznych), aby można było przewidzieć ich wyniki za pomocą podejścia analitycznego. Istotną rolę w metodzie MC odgrywa losowanie (wybór przypadkowy) wielkości charakteryzujących proces, przy czym losowanie dokonywane jest zgodnie z rozkładem, który musi być znany.

    Radiologia - dziedzina medycyny oraz samodzielna specjalizacja lekarska zajmująca się obrazowaniem ciała człowieka, z wykorzystaniem promieniowania rentgenowskiego (tradycyjna rentgenografia, tomografia komputerowa, angiografia), pola magnetycznego - tomografia magnetycznego rezonansu jądrowego oraz ultradźwięków (ultrasonografia). Otrzymany w ten sposób obraz musi zostać jeszcze zinterpretowany przez radiologa, na podstawie czego powstaje dokładny opis zdjęcia ze wszystkimi spostrzeżeniami oraz diagnozą. Obecnie rozwija się również radiologia zabiegowa (interwencyjna, inwazyjna), której przedmiotem jest dokonywanie małoinwazyjnych zabiegów leczniczych np. angioplastyki, obliteracji guzów, celowanego podawania leków. Istotnym przełomem było wprowadzenie radiografii cyfrowej (DR, ang. digital radiology), tj. zastosowania w pełni cyfrowej linii diagnostycznej (obejmującej akwizycję obrazu, jego przetwarzanie i archiwizację, ang. PACS).

    Diagnostyka za pomocą obrazowania radiologicznego jest podstawową formą diagnozowania w dzisiejszych czasach. Wykorzystywana jest w każdym etapie leczenia chorego - od rozpoznania samej choroby, poprzez postępy w czasie leczenia, aż po wykrywanie powikłań. Należy jednak pamiętać, że niesie za sobą również niebezpieczeństwo w postaci promieniowania. Datowanie optyczne – datowanie metodą Optycznie Stymulowanej Luminescencji (OSL), należące do grupy luminescencyjnych metod datowania bezwzględnego, stosowanych w geologii i archeologii. Jako pierwsza była wykorzystywana metoda termoluminescencji (TL), która obecnie, używana coraz rzadziej, jest wypierana przez nowocześniejszą metodę OSL. Zasadnicza różnica między metodami TL a OSL polega na zastąpieniu stymulacji termicznej (TL) przez stymulację optyczną (OSL). Przewaga datowania osadów geologicznych metodą OSL opiera się na wykorzystaniu tego samego czynnika – światła – zarówno do zerowania, jak i do stymulacji (wyzwolenia) sygnału luminescencji, wykorzystywanego tutaj jako miara upływu czasu. Dzięki temu, założenia metodologiczne datowania metodą OSL są bliższe naturalnym warunkom powstawania osadów geologicznych, sprzyjających wygaszaniu luminescencji przez światło dzienne w czasie transportu i depozycji osadu. Ponadto, protokoły pomiarowe OSL (m.in.: pojedynczych porcji i pojedynczych ziaren) są bardziej elastyczne i mniej podatne na zaburzenia (np. zmiany czułości) niż w przypadku metody TL. W obu metodach do datowania wykorzystuje się sygnały powszechnie występujących minerałów, m.in. takich jak kwarc i skalenie. Zakres metody OSL sięga od kilku do kilkuset tysięcy lat, a niepewność określonego wieku mieści się w zakresie od około jednego do kilkunastu procent. Przewagi metody OSL nad TL są wykorzystywane nie tylko w datowaniu, ale również w bardziej ogólnej gałęzi nauki jaką jest dozymetria.

    Dodano: 16.07.2010. 04:18  


    Najnowsze